【ESP8266 （12F）】Wi-Fi通信与TCP/IP协议栈（测试文章）

测试文章：

ESP8266是一款低成本的Wi-Fi芯片，它可以实现无线网络的连接和通信。本文将介绍ESP8266的Wi-Fi通信功能和TCP/IP协议栈的使用方法。

一、Wi-Fi通信

Wi-Fi是一种无线局域网技术，它可以让设备在一定范围内通过无线电波进行数据传输。Wi-Fi遵循IEEE 802.11标准，目前常见的有802.11b/g/n等协议。不同的协议有不同的频率、速率和兼容性。

ESP8266支持802.11b/g/n协议，可以工作在2.4GHz频段。它可以作为一个Wi-Fi客户端（Station，STA）或者一个Wi-Fi热点（Access Point，AP），也可以同时兼具两种角色（STA+AP）。不同的工作模式有不同的功能和应用场景。

1.1 STA模式

STA模式是指ESP8266作为一个Wi-Fi客户端，连接到一个已存在的Wi-Fi热点，例如路由器或者手机。这样，ESP8266就可以通过热点访问互联网，或者与其他连接到同一个热点的设备进行通信。

要使用STA模式，需要知道热点的SSID（网络名称）和密码（如果有的话）。ESP8266提供了一些AT指令来设置和查询STA模式的相关参数，例如：

• AT+CWJAP=“SSID”,“PASSWORD”：连接到指定的热点
• AT+CWJAP?：查询当前连接的热点信息
• AT+CWQAP：断开当前连接的热点
• AT+CWLAP：扫描附近可用的热点
• AT+CIPSTA=“IP”,“GATEWAY”,“NETMASK”：设置STA模式下的IP地址、网关和子网掩码
• AT+CIPSTA?：查询STA模式下的IP地址、网关和子网掩码

1.2 AP模式

AP模式是指ESP8266作为一个Wi-Fi热点，提供无线网络服务给其他设备。这样，其他设备就可以连接到ESP8266，或者通过ESP8266访问互联网（如果ESP8266同时连接了另一个热点）。

要使用AP模式，需要设置ESP8266的SSID（网络名称）、密码（如果有的话）、加密方式（默认为WPA2-PSK）、信道（默认为1）等参数。ESP8266提供了一些AT指令来设置和查询AP模式的相关参数，例如：

• AT+CWSAP=“SSID”,“PASSWORD”,CHANNEL,ENCRYPTION：设置AP模式下的SSID、密码、信道和加密方式
• AT+CWSAP?：查询AP模式下的SSID、密码、信道和加密方式
• AT+CWLIF：查询当前连接到ESP8266的设备列表
• AT+CIPAP=“IP”,“GATEWAY”,“NETMASK”：设置AP模式下的IP地址、网关和子网掩码
• AT+CIPAP?：查询AP模式下的IP地址、网关和子网掩码

1.3 STA+AP模式

STA+AP模式是指ESP8266同时兼具STA和AP两种角色。这样，ESP8266既可以连接到一个外部热点，也可以提供一个内部热点。这种模式可以实现设备之间的桥接功能，例如将有线网络转换为无线网络，或者将一个无线网络扩展到另一个无线网络。

要使用STA+AP模式，需要分别设置STA和AP两种模式的相关参数，参考前面的介绍。ESP8266提供了一些AT指令来设置和查询STA+AP模式的相关参数，例如：

• AT+CWMODE=3：设置工作模式为STA+AP
• AT+CWMODE?：查询当前工作模式
• AT+CIPAPMAC=“MAC”：设置AP模式下的MAC地址
• AT+CIPAPMAC?：查询AP模式下的MAC地址
• AT+CIPSTAMAC=“MAC”：设置STA模式下的MAC地址
• AT+CIPSTAMAC?：查询STA模式下的MAC地址

二、TCP/IP协议栈

TCP/IP是一种网络通信协议，它定义了不同设备之间如何进行数据交换。TCP/IP由四层组成，分别是链路层、网络层、传输层和应用层。每一层都有不同的功能和协议，例如：

• 链路层：负责在物理介质上发送和接收数据帧，例如以太网、Wi-Fi等
• 网络层：负责在不同网络之间传输数据包，例如IP协议、ICMP协议等
• 传输层：负责在两个端点之间建立可靠或不可靠的连接，例如TCP协议、UDP协议等
• 应用层：负责提供具体的应用服务，例如HTTP协议、FTP协议、MQTT协议等

ESP8266内置了TCP/IP协议栈，可以实现各种网络通信功能。ESP8266提供了一些AT指令来设置和查询TCP/IP协议栈的相关参数，例如：

• AT+CIPSTATUS：查询当前连接状态
• AT+CIPSTART=“TYPE”,“ADDRESS”,PORT：建立一个TCP或UDP连接
• AT+CIPCLOSE：关闭一个TCP或UDP连接
• AT+CIPSEND=LENGTH：发送指定长度的数据
• AT+CIPMUX=MODE：设置单连接或多连接模式
• AT+CIPSERVER=MODE,PORT：开启或关闭服务器模式

三、实验步骤

本文将通过一个简单的实验来演示ESP8266的Wi-Fi通信和TCP/IP协议栈的使用方法。实验目的是让ESP8266连接到一个Wi-Fi热点，并与一个PC端进行TCP通信，发送和接收数据。

实验所需的硬件和软件如下：

• ESP8266开发板（本文使用NodeMCU）
• USB数据线
• PC端（本文使用Windows 10）
• 串口调试工具（本文使用SSCOM）
• Wi-Fi热点（本文使用手机）

实验步骤如下：

1. 将ESP8266开发板通过USB数据线连接到PC端，并安装相应的驱动程序。
2. 打开SSCOM软件，选择正确的串口号和波特率（默认为115200），并打开串口。
3. 在SSCOM软件中输入AT指令，测试ESP8266是否正常工作。如果返回OK，则表示正常。
4. 在SSCOM软件中输入AT+CWJAP=“SSID”,"PASSWORD"指令，让ESP8266连接到指定的Wi-Fi热点。如果返回OK，则表示连接成功。
5. 在SSCOM软件中输入AT+CIFSR指令，查询ESP8266在STA模式下的IP地址。记下这个IP地址，后面会用到。
6. 在SSCOM软件中输入AT+CIPSTART=“TCP”,“PC_IP”,PC_PORT指令，让ESP8266建立一个TCP连接到PC端。PC_IP和PC_PORT是PC端的IP地址和端口号，可以自己设置，但要保证与PC端一致。
7. 在SSCOM软件中输入AT+CIPSEND=LENGTH指令，让ESP8266准备发送指定长度的数据。LENGTH是要发送的数据长度，单位是字节。输入完后，会返回">"符号，表示可以输入数据了。
8. 在">“符号后输入要发送的数据，例如"Hello”，然后按回车键。如果返回SEND OK，则表示数据发送成功。
9. 在PC端，使用一个TCP客户端软件（例如NetAssist）来接收ESP8266发送的数据。设置好IP地址和端口号，与ESP8266一致，然后打开连接。如果连接成功，就可以看到接收到的数据，例如"Hello"。
10. 在PC端，也可以发送数据给ESP8266。在TCP客户端软件中输入要发送的数据，例如"World"，然后按发送按钮。如果发送成功，就可以在SSCOM软件中看到ESP8266接收到的数据，例如"+IPD,5:World"。
11. 在SSCOM软件中输入AT+CIPCLOSE指令，关闭当前的TCP连接。如果返回CLOSE OK，则表示关闭成功。
12. 实验结束。

四、总结

本文介绍了ESP8266的Wi-Fi通信功能和TCP/IP协议栈的使用方法，并通过一个简单的实验来演示了如何让ESP8266连接到一个Wi-Fi热点，并与一个PC端进行TCP通信，发送和接收数据。通过这个实验，可以了解ESP8266的基本功能和操作方法，为后续的开发和应用打下基础。